制造异形管和套筒的方法和设备的制造方法
【专利说明】制造异形管和套筒的方法和设备
[0001]相关申请交叉参考
[0002]本申请根据35U.S.C.§ 119，要求2012年8月30日提交的美国临时申请系列第61/694，913号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术领域
[0003]本发明涉及制造三维(3D)玻璃制品。
【背景技术】
[0004]玻璃被用作电子器件的前覆盖。电子器件制造商现在希望电子器件的后覆盖也由玻璃制造，并且后覆盖符合与前覆盖相同的高尺寸精确性和表面质量。可以分开地制造具有所需的尺寸精确性和表面质量的前覆盖和后覆盖，然后将它们组装到一起。但是，这使得制造过程增加了额外的步骤，并且可能导致尺寸控制的损失。替代方案是制造整体式玻璃套筒，其中玻璃套筒的前侧将作为前覆盖，玻璃套筒的后侧将作为后覆盖。许多电子器件结合了平坦显示器。因此，整体式玻璃套筒会需要具有可以容纳平坦显示器的截面轮廓。通常来说，该截面轮廓会具有能够布置成与平坦显示器平行的平坦侧面。平坦侧面的平坦度还必须符合电子器件制造商规定的严格要求。
[0005]制造玻璃管然后将玻璃管转变成容器是已知的。因此，制造整体式玻璃套筒的一个实际方法会是制造具有所需截面轮廓的玻璃管，然后将玻璃管切割成玻璃套筒。从熔融玻璃形成玻璃管的方法是已知的。最常见的那些是Danner工艺、Vello工艺以及下拉工艺。这些工艺参见例如Heinz G.Pfaender的“斯考特玻璃指南(Schott Guide to Glass)”，第二版，Chapman&Hall，1996。这些工艺通常用于形成具有圆形截面形状的玻璃管。可以使用挤出来形成具有非圆形截面形状(例如可具有平坦侧面的截面形状)的玻璃管。但是，挤出涉及与玻璃表面的工具接触，这会降低玻璃的表面质量。
【发明内容】
[0006]在一个方面，本发明涉及用于制造异形管(profiled tubing)的设备。设备包括适合于靠近管表面放置的心轴。心轴具有喷嘴区段，该喷嘴区段具有会限定管的最终截面轮廓的选择的截面轮廓。喷嘴区段具有用于接收气体的进料室和多孔圆周表面，气体可以通过所述多孔圆周表面排放到心轴的外部。当气体排放到心轴外部时，在多孔圆周表面和管之间形成加压气体的膜。
[0007]在一个实施方式中，设备还包括用于形成管的管形成设备，其中心轴布置成与管形成设备同轴。
[0008]在一个实施方式中，喷嘴区段是由孔隙率为10-20%且平均孔径小于或等于10 μ m的多孔材料制造的。
[0009]在一个实施方式中，喷嘴区段是穿孔的。
[0010]在一个实施方式中，多孔圆周表面包括一对边缘表面，它们是相对关系并且相对于工具轴倾斜，心轴沿着所述工具轴对准。
[0011]在一个实施方式中，多孔圆周表面还包括一对侧表面，它们是相对关系并且在所述边缘表面对之间形成网。
[0012]在一个实施方式中，所述侧表面对分别具有凹陷区域。
[0013]在一个实施方式中，设备还包括至少一对边缘室，其形成在喷嘴区段中并且与进料室相连。所述边缘室对分别与所述边缘表面对的一个相邻并且与其基本平行。
[0014]在一个实施方式中，设备还包括形成在喷嘴区段中的一对室组(chambercluster) ο室组分别包括至少两个与进料室相连的边缘室。室组分别与所述边缘表面对的一个相邻并且与其基本平行。
[0015]在一个实施方式中，各个室组的至少两个边缘室与相邻边缘表面是等距离的。
[0016]在一个实施方式中，各个室组的至少两个边缘室具有不同长度。
[0017]在另一个方面，本发明涉及形成由玻璃材料制造的异形管的方法。方法包括靠近管的表面布置心轴。心轴具有喷嘴区段，该喷嘴区段具有会限定管的最终截面轮廓的选择的截面轮廓。方法包括从喷嘴区段的多孔圆周表面排放气体，以在喷嘴区段和管表面之间产生加压气体的膜。加压气体的膜向管表面施加压力，其足以使得管局部变形成与喷嘴区段一致。方法包括使得加压气体的膜沿着管的长度前进。方法包括对管进行加热，从而在加压气体的膜施加压力的管的任意局部区段中，所述管的局部区段的粘度是使得所述管的局部区段可以通过压力发生变形。
[0018]在一个实施方式中，管在与喷嘴区段一致之前具有初始圆周，并且在与喷嘴区段一致之后具有最终圆周。方法包括对管进行选择，使得初始圆周与最终圆周的比例为0.7—0.95 ο
[0019]在一个实施方式中，管变形成与喷嘴区段一致包括管壁伸长5-30%。
[0020]在一个实施方式中，方法包括以1-1Oatm的压力将气体递送到喷嘴区段中的进料室。
[0021 ] 在一个实施方式中，加压气体的膜的厚度为60-70 μ mo
[0022]在一个实施方式中，方法还包括将心轴布置成与形成管的管形成设备同轴。
[0023]在一个实施方式中，选择的截面形状是椭圆形的。
[0024]在一个实施方式中，方法还包括从已经变形成与喷嘴区段一致的管的区段切割至少一个套筒。
[0025]在一个实施方式中，排放气体包括从多孔圆周表面排放气体以及从多孔圆周表面的凹陷区域排出气体的组合，从而使得在管和喷嘴区段之间局部地产生加压气体的膜。
[0026]在另一个方面，本发明涉及由玻璃材料制造的套筒。套筒具有无缝壁。壁的内表面的表面粗糙度小于I μ m，外表面的表面粗糙度小于I μ m。壁还具有相对平坦区段。每个平坦区段的平坦度在70x 120mm2的区域上好于50 μm。
[0027]在一个实施方式中，套筒具有椭圆形的截面形状。
[0028]应理解，前面的综述和以下的详细描述都只是本发明的示例，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图显示了本发明的各种实施方式，并与
【发明内容】
和【具体实施方式】一起用来解释本发明的原理和操作。
【附图说明】
[0029]以下是结合附图进行的【附图说明】。为了清楚或简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可以按比例放大显示或示意性显示。
[0030]图1是一致化工具的透视图。
[0031]图2A是通过一致化工具形成的玻璃套筒的表面粗糙度曲线。
[0032]图2B是通过现有技术方法形成的玻璃表面的表面粗糙度曲线。
[0033]图3A-3G是椭圆形截面形状。
[0034]图4A显示用作内部成形工具的一致化工具。
[0035]图4B显示用作外部成形工具的一致化工具。
[0036]图5是图1沿工具轴的截面图。
[0037]图6是图1的一致化工具的底部端视图。
[0038]图7是图1的一致化工具的侧视图。
[0039]图8是图7沿线8-8的截面图。
[0040]图9A是另一种一致化工具的透视图。
[0041]图9B显示图9A的一致化工具的喷嘴。
[0042]图10是采用图1的一致化工具形成异形管的设定。
[0043]图1IA-1IE显示采用图1的一致化工具对管进行成形的过程。
[0044]图12显示在使用图1的一致化工具过程中的气体排放。
[0045]图13是通过图1的一致化工具形成的玻璃套筒的透视图。
[0046]图14显示包括采用图1的一致化工具连续玻璃管工艺。
【具体实施方式】
[0047]在以下详细描述中，为了提供对本发明实施方式的透彻理解，陈述了许多具体的细节。但是，对本领域技术人员显而易见的是，本发明可以在没有这些具体细节中的一些细节或全部细节的情况下实施。在其它情况中，为了不使本发明难理解，可能没有详细描述众所周知的特征或工艺。此外，类似或相同的附图编号可用于标识共有或类似的零件。
[0048]图1显示用于将玻璃材料制造的初始管非接触成形为异形管的一致化工具100。玻璃材料通常会是玻璃。玻璃材料也可以是玻璃陶瓷，但是通常仅仅在成形条件下可以避免成核或结晶的玻璃陶瓷会是合适的。玻璃陶瓷的可能的例子是透明β锂辉石，购自欧若克拉公司(Eurokera)的KERALITE。玻璃的选择宽泛得多，并且所述选择会是基于异形管或者由异形管制造的套筒的所需的性质。一致化工具100可用于可离子交换的玻璃，其通常在韧性和抗破坏性是重要的应用中是合乎希望的。可离子交换的玻璃的例子是碱性铝硅酸盐玻璃或者碱性铝硼硅酸盐玻璃。一致化工具100还可用于具有高热膨胀系数的玻璃。
[0049]在一个实施方式中，一致化工具100配置成可插入管内的心轴101。为了对管进行成形，一致化工具100产生气体轴承，其向管施加形成压力，并且作为一致化工具100和管之间的阻隔。气体阻隔会允许管的表面质量在采用一致化工具100的成形过程中得到保留。气体阻隔可防止成形过程中在管的内表面上发展瑕疵，例如条纹。图2Α显示从通过一致化工具100成形的玻璃管切割的玻璃套筒的内表面粗糙度曲线。该曲线显示玻璃套筒的最大内表面粗糙度为0.1Snmo采用Zygo